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JP2005166354A - Ceramic heater - Google Patents

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JP2005166354A
JP2005166354A JP2003401616A JP2003401616A JP2005166354A JP 2005166354 A JP2005166354 A JP 2005166354A JP 2003401616 A JP2003401616 A JP 2003401616A JP 2003401616 A JP2003401616 A JP 2003401616A JP 2005166354 A JP2005166354 A JP 2005166354A
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JP
Japan
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terminal
hole
heating element
resistance heating
ceramic heater
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003401616A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisakazu Okajima
久和 岡島
Mitsuru Ota
充 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
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Priority to US10/998,392 priority patent/US7173219B2/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/141Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds
    • H05B3/143Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds applied to semiconductors, e.g. wafers heating
    • H10P72/0432

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Surface Heating Bodies (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a uniform heating property on a heating face of a ceramic base body and elongate its life at impression of heat cycles, for a heater with its ceramic base body fitted with through-holes. <P>SOLUTION: The ceramic heater, made of ceramics, with a heating face, is provided with the base body divided into three or more zones 3C, 3F, a resistive heating element set in correspondence with each zone, and a terminal 5C electrically connected with each resistive heating element. The base body has at least three though-holes formed, with a distance n between the terminal 5C and a wall face of the through-hole of 8 mm or more. The resistive heating element 15 crosses a straight line 16 connecting the center 5a of the terminal and that 4a of the through-hole. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体加熱等に適したセラミックヒーターに関するものである。   The present invention relates to a ceramic heater suitable for semiconductor heating and the like.

半導体製造装置においては、熱CVDなどによってシランガスなどの原料ガスから半導体薄膜を製造するに当たって、ウエハーを加熱するためのセラミックヒーターが採用されている。こうしたセラミックヒーターは、加熱面およびその上に設置される半導体ウエハーの温度を高度に均一化することが必要不可欠である。   In a semiconductor manufacturing apparatus, a ceramic heater for heating a wafer is employed in manufacturing a semiconductor thin film from a raw material gas such as silane gas by thermal CVD or the like. In such a ceramic heater, it is essential to highly uniform the temperature of the heating surface and the semiconductor wafer placed thereon.

こうしたセラミックヒーターにおいて、ヒーターの加熱面の温度を均一化するための手法が種々知られている。例えば、いわゆる2ゾーンヒーターはこうした手法の一つである。2ゾーンヒーターは、セラミック基体中に、高融点金属からなる内周側抵抗発熱体と外周側抵抗発熱体とを埋設し、各抵抗発熱体にそれぞれ別個の電流導入端子を形成し、各抵抗発熱体にそれぞれ独立して電圧を印加することにより、内周側抵抗発熱体及び外周側抵抗発熱体からの発熱を独立して制御するものである。   In such a ceramic heater, various methods for making the temperature of the heating surface of the heater uniform are known. For example, a so-called two-zone heater is one such technique. The two-zone heater embeds an inner peripheral resistance heating element and an outer resistance heating element made of a refractory metal in a ceramic substrate, and forms a separate current introduction terminal for each resistance heating element. By independently applying a voltage to the body, heat generation from the inner peripheral resistance heating element and the outer peripheral resistance heating element is independently controlled.

特許文献1においては、セラミック基体内に9ゾーンの抵抗発熱体を埋設しており、またセラミック基体には貫通孔が形成されている。
特開2001−52843号公報
In Patent Document 1, nine zones of resistance heating elements are embedded in a ceramic substrate, and through holes are formed in the ceramic substrate.
JP 2001-52843 A

半導体ウエハーを設置するためのサセプターとしてセラミックヒーターを使用する場合には、基体には、半導体ウエハーを支持するためのリフトピンを挿入するリフトピン孔、バックサイドガスを供給するためのガス供給孔、熱電対を挿入するための熱電対挿入孔など、種々の孔を設けることがある。セラミック基体に孔、特に貫通孔を設けると、これらの孔は、セラミック基体の構造欠陥部分となる。   When a ceramic heater is used as a susceptor for installing a semiconductor wafer, a lift pin hole for inserting a lift pin for supporting the semiconductor wafer, a gas supply hole for supplying backside gas, a thermocouple, Various holes may be provided such as a thermocouple insertion hole for inserting a thermocouple. When holes, particularly through holes, are provided in the ceramic substrate, these holes become structural defect portions of the ceramic substrate.

ここで、特許文献1のセラミックヒーターにおいては、内側から2,3ゾーン目の端子が貫通穴に極めて近い部位に配設されており、端子および貫通孔の周辺がコールドスポットになり、均熱性が低下することが判明した。また、端子および貫通孔の周辺と他の領域との温度差が大きくなることから、ヒーターを繰り返し使用すると、セラミック基体が破損しやすくなり、寿命が短いという問題がある。   Here, in the ceramic heater of Patent Document 1, the terminals of the second and third zones from the inside are arranged in a portion very close to the through hole, and the periphery of the terminal and the through hole becomes a cold spot, so that the heat uniformity is good. It turned out to be reduced. In addition, since the temperature difference between the periphery of the terminal and the through hole and other regions becomes large, the repeated use of the heater tends to break the ceramic substrate, resulting in a short life.

本発明の課題は、セラミック基体に貫通孔が設けられているヒーターにおいて、基体の加熱面における均熱性を向上させると共に、熱サイクル印加時のセラミック基体の寿命を長くすることである。   An object of the present invention is to improve the thermal uniformity on the heating surface of the substrate in a heater in which through holes are provided in the ceramic substrate, and to extend the life of the ceramic substrate when a thermal cycle is applied.

本発明は、セラミックスからなり、加熱面を有し、3以上のゾーンに分画される基体、各ゾーンに対応してそれぞれ設置されている抵抗発熱体、およびの各抵抗発熱体と電気的に接続されている端子を備えているセラミックヒーターであって、
基体に3個以上の貫通孔が形成されており、端子と貫通孔壁面との距離が8mm以上であり、抵抗発熱体のうち少なくとも一つが、端子の中心と貫通孔の中心とを結ぶ直線を横断していることを特徴とする。
The present invention is made of ceramics, has a heating surface, is divided into three or more zones, a resistance heating element installed corresponding to each zone, and each resistance heating element electrically A ceramic heater with connected terminals,
Three or more through holes are formed in the base, the distance between the terminal and the wall surface of the through hole is 8 mm or more, and at least one of the resistance heating elements has a straight line connecting the center of the terminal and the center of the through hole. It is characterized by crossing.

本発明によれば、端子と貫通孔壁面との距離が8mm以上であり、抵抗発熱体が、端子の中心と貫通孔の中心とを結ぶ直線を横断するように設計した。この結果、基体表面におけるクールスポットおよびホットスポットを抑制して均熱性を向上させ得るのと共に、熱サイクル印加時のセラミック基体の寿命を長くできる。   According to the present invention, the distance between the terminal and the wall surface of the through hole is 8 mm or more, and the resistance heating element is designed to cross a straight line connecting the center of the terminal and the center of the through hole. As a result, cool spots and hot spots on the substrate surface can be suppressed to improve the thermal uniformity, and the life of the ceramic substrate when a heat cycle is applied can be extended.

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るセラミックヒーター1Aにおけるゾーン、貫通孔および端子の設置パターンを示す平面図であり、図2は、セラミックヒーター1Bにおけるゾーン、貫通孔、端子および熱電対挿入穴の設置パターンを示す平面図である。図3は、図1または図2のヒーターにおける抵抗発熱体および端子の設置パターンを概略的に示す断面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings as appropriate.
FIG. 1 is a plan view showing an installation pattern of zones, through-holes and terminals in a ceramic heater 1A according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows insertion of zones, through-holes, terminals and thermocouples in a ceramic heater 1B. It is a top view which shows the installation pattern of a hole. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an installation pattern of resistance heating elements and terminals in the heater of FIG. 1 or FIG.

図1、図2の例では、基体2は略円板状である。基体2は、複数の発熱体埋設ゾーン、例えば6個の発熱体埋設ゾーン3A、3B、3C、3D、3E、3Fが設けられている。本例では、ゾーン3Aは基体2の中央にあり、略円形をなしている。ゾーン3Bはリング状である。ゾーン3C、3D、3E、3Fは、ゾーン3Bの外側において、リングを4分割するように形成されている。   In the example of FIGS. 1 and 2, the base 2 has a substantially disk shape. The base body 2 is provided with a plurality of heating element burying zones, for example, six heating element burying zones 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, and 3F. In this example, the zone 3A is in the center of the base 2 and has a substantially circular shape. Zone 3B is ring-shaped. Zones 3C, 3D, 3E, and 3F are formed so as to divide the ring into four on the outside of zone 3B.

各ゾーンには、それぞれ、互いに独立して発熱量を制御可能な抵抗発熱体が埋設されている。各ゾーン3A、3B、3C、3D、3E、3F内の各発熱体は、それぞれ、各端子5A、5B、5C、5D、5E、5Fに連結されている。各端子5A〜5Fは、それぞれ、図3に示すような基体外の電力供給部材10に対してつながっており、これが図示しない電力ケーブルやロッドを介して外部電源に接続されている。基体2の背面2bには管状の支持部材11が取り付けられており、端子、電力供給部材10および電力ケーブル、ロッドは、支持部材11内の空間12に面している。基体2と支持部材11との接合方法は特に限定されず、例えばろう材またはボルト止めによって接合でき、あるいは特開平8−73280号公報に記載のようにして固相接合できる。また、ヒーターと支持部材とは、Oリングやメタルパッキングなどのシール部材を用いてシール接合することができる。支持部材11はチャンバー13に取り付けられている。4は、リフトピン挿入用の貫通孔や、バックサイドガスの供給孔である。   In each zone, resistance heating elements capable of controlling the heat generation amount independently of each other are embedded. Each heating element in each zone 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F is connected to each terminal 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, respectively. Each of the terminals 5A to 5F is connected to a power supply member 10 outside the base as shown in FIG. 3, and this is connected to an external power source via a power cable and a rod (not shown). A tubular support member 11 is attached to the back surface 2 b of the base 2, and the terminal, the power supply member 10, the power cable, and the rod face the space 12 in the support member 11. The joining method of the base body 2 and the support member 11 is not particularly limited, and can be joined by, for example, brazing material or bolting, or can be solid-phase joined as described in JP-A-8-73280. Further, the heater and the support member can be sealed and bonded using a seal member such as an O-ring or a metal packing. The support member 11 is attached to the chamber 13. Reference numeral 4 denotes a through hole for inserting a lift pin and a backside gas supply hole.

ここで、本発明に従い、端子と貫通孔との距離nを8mm以上とし、かつ端子の中心と貫通孔の中心との間に抵抗発熱体を通す。例えば、図4に示すように、端子5Cの外周面と貫通孔4の内壁面との間の距離nを8mm以上とすると共に、端子5Cの中心5aと貫通孔4の中心4aとを結ぶ直線16を、抵抗発熱体15が横断するように設計する。以下、この作用効果について述べる。   Here, according to the present invention, the distance n between the terminal and the through hole is set to 8 mm or more, and the resistance heating element is passed between the center of the terminal and the center of the through hole. For example, as shown in FIG. 4, the distance n between the outer peripheral surface of the terminal 5C and the inner wall surface of the through hole 4 is 8 mm or more, and a straight line connecting the center 5a of the terminal 5C and the center 4a of the through hole 4 16 is designed such that the resistance heating element 15 traverses. Hereinafter, this effect will be described.

本発明においては、基体の加熱面の均熱性を向上させるために、制御する抵抗発熱体の数を3個以上に増やし、各ゾーンからの発熱を別個に制御することによって、面内を細やかに温度分布制御できる。昇温時の温度分布によってはヒータープレート内に熱応力が発生して、破損する恐れがあったが、各ゾーンごとに独立して温度制御することで、発生熱応力を低減し、破損を回避するように面内分布に改善することが可能となり、ヒーターの破損事故を低減させることができるはずである。   In the present invention, in order to improve the thermal uniformity of the heating surface of the substrate, the number of resistance heating elements to be controlled is increased to three or more, and the heat generation from each zone is controlled separately, thereby finely controlling the in-plane. Temperature distribution can be controlled. Depending on the temperature distribution at the time of temperature rise, thermal stress may occur in the heater plate and breakage may occur, but by controlling the temperature independently for each zone, the generated thermal stress is reduced and damage is avoided. As a result, it is possible to improve the in-plane distribution, and it is possible to reduce the damage to the heater.

しかし、ゾーン数を増やすと、抵抗発熱体数に伴って端子数も増加する。ここで、図4を参照して説明すると、端子5Cおよび貫通孔4は発熱しないため、発熱しない部位面積が大きくなり、クールスポットになり得る。しかし、端子と貫通孔との距離nが小さいと、両者の間に実効的な抵抗発熱体をレイアウトできない。そこで、絶縁距離を確保する必要があり、その距離nとして、8mm以上を確保することが必須であることを見いだした。これが8mm未満であると、セラミック材料間リーク電流が発生してしまい、クールスポットがなくなる代わりに、ホットスポットが形成されてしまうからである。クールスポットあるいはホットスポットの形成は温度分布均熱性の悪化だけでなく、熱応力発生要因となり、ヒーター破損の原因ともなるので改善の必要がある。   However, when the number of zones is increased, the number of terminals also increases with the number of resistance heating elements. Here, if it demonstrates with reference to FIG. 4, since the terminal 5C and the through-hole 4 do not generate | occur | produce heat | fever, the site | part area which does not generate | occur | produce will become large and can become a cool spot. However, if the distance n between the terminal and the through hole is small, an effective resistance heating element cannot be laid out between them. Therefore, it has been found that it is necessary to secure an insulation distance, and it is essential to secure 8 mm or more as the distance n. If this is less than 8 mm, a leakage current between ceramic materials is generated, and a hot spot is formed instead of a cool spot. The formation of cool spots or hot spots not only deteriorates the temperature distribution soaking, but also causes thermal stress and damages the heater, so it needs to be improved.

ここで、nを8mm以上としてホットスポットの発生を防止できる。これと共に、端子と貫通孔との間に抵抗発熱体15を通すことによって、コールドスポットも消去でき、これによって均熱性を向上させ、かつ熱サイクル印加時の基体の破損を防止できることを見いだした。このような抵抗発熱体が存在しない場合には、図5に示すように、端子5Cおよび貫通孔4およびその周囲に熱源がないため、クールスポットが発生しやすい。   Here, the occurrence of hot spots can be prevented by setting n to 8 mm or more. At the same time, it has been found that by passing the resistance heating element 15 between the terminal and the through hole, the cold spot can also be erased, thereby improving the thermal uniformity and preventing the substrate from being damaged when the heat cycle is applied. When such a resistance heating element does not exist, as shown in FIG. 5, since there is no heat source in the terminal 5C and the through hole 4 and the periphery thereof, a cool spot is likely to occur.

端子と貫通孔との距離nが大きすぎると、設計が困難となるので、290mm以下とすることが好ましい。   Since design becomes difficult if the distance n between the terminal and the through hole is too large, it is preferably 290 mm or less.

また、各抵抗発熱体が埋設されたセラミックプレートの各ゾーンには、通常、熱電対等の温度測定素子用の穴がゾーンあたり1個設けてある(図1では図示省略)。しかし、この方法であると、熱電対用の穴の位置と、ヒーターが使用されるチャンバー環境の影響にもより、それら穴に配設されたヒーターの温度制御用熱電対がゾーン同士で温度干渉して、各ゾーンを適切に温度制御できない問題点も出てくる。   Each zone of the ceramic plate in which each resistance heating element is embedded usually has one hole for a temperature measuring element such as a thermocouple (not shown in FIG. 1). However, with this method, the temperature control thermocouples of the heaters arranged in these holes interfere with each other due to the location of the thermocouple holes and the influence of the chamber environment in which the heaters are used. As a result, there is a problem that the temperature of each zone cannot be controlled appropriately.

そこで、好適な実施形態においては、各ゾーンごとに2個以上の温度測定用穴を設けておくことができる。これによって、ヒーターの使用されるチャンバー環境に見合った、ゾーン間の温度干渉を低減できる穴位置を選択できる。そして、選択した穴に温度測定素子を配設することで、ゾーン間の温度干渉による温度測定素子の動作劣化を抑制し、加熱面の均熱性を向上させることができる。   Therefore, in a preferred embodiment, two or more temperature measurement holes can be provided for each zone. This makes it possible to select a hole position that can reduce the temperature interference between the zones in accordance with the chamber environment in which the heater is used. By disposing the temperature measuring element in the selected hole, it is possible to suppress the deterioration of the operation of the temperature measuring element due to the temperature interference between the zones, and to improve the heat uniformity of the heating surface.

基体を構成するセラミックスは特に限定されない。しかし、基体の材質は、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素及びサイアロンなどの窒化物セラミックス、アルミナー炭化ケイ素複合材料などの公知のセラミックス材料であってよい。ハロゲン系ガスなどの腐食性ガスに対して高い耐腐食性を付与するためには、窒化アルミニウムやアルミナが特に好ましい。   The ceramic constituting the substrate is not particularly limited. However, the base material may be a known ceramic material such as nitride ceramics such as aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride and sialon, and alumina-silicon carbide composite material. In order to impart high corrosion resistance to corrosive gases such as halogen-based gases, aluminum nitride and alumina are particularly preferable.

管状の支持部材を使用する場合には、支持部材の材質としては、窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ等が好ましい。又、アルミニウムを含む金属も適宜選択できる。   When a tubular support member is used, the material of the support member is preferably aluminum nitride, silicon nitride, alumina, or the like. A metal containing aluminum can also be selected as appropriate.

基体の形状は特に限定されないが、円板形状が好ましい。加熱面の形状は、ポケット形状、エンボス形状、溝形状とする場合もある。   Although the shape of a base | substrate is not specifically limited, A disk shape is preferable. The shape of the heating surface may be a pocket shape, an embossed shape, or a groove shape.

基体の製法は限定されないが、ホットプレス製法、ホットアイソスタティックプレス製法が好ましい。   Although the manufacturing method of a base | substrate is not limited, The hot press manufacturing method and the hot isostatic press manufacturing method are preferable.

抵抗発熱体の材質は、タンタル、タングステン、モリブデン、白金、レニウム、ハフニウムニッケル、及びこれらの合金である高融点金属であることが好ましい。特に、セラミックス基体を窒化アルミニウムから構成した場合においては、モリブデン及びモリブデン合金であることが好ましい。また、上記高融点金属以外に、カーボン、TiN、TiCなどの導電性材料を使用することもできる。抵抗発熱体の形状は、コイル形状、リボン形状、メッシュ形状、板形状、膜形状等であってよい。   The material of the resistance heating element is preferably a refractory metal such as tantalum, tungsten, molybdenum, platinum, rhenium, hafnium nickel, and alloys thereof. In particular, when the ceramic substrate is made of aluminum nitride, molybdenum and a molybdenum alloy are preferable. In addition to the refractory metal, a conductive material such as carbon, TiN, or TiC can also be used. The shape of the resistance heating element may be a coil shape, a ribbon shape, a mesh shape, a plate shape, a film shape, or the like.

抵抗発熱体と電気的に接続されている端子の形態や材質は限定されないが、前述した抵抗発熱体用の材質であってよい。   The form and material of the terminal electrically connected to the resistance heating element are not limited, but may be the material for the resistance heating element described above.

本発明のセラミックヒーターの用途は特に限定されないが、半導体製造装置用途であることが好ましい。この半導体製造装置とは、半導体の金属汚染が懸念されるような、幅広い半導体製造プロセスにおいて使用される装置のことを意味している。これには、成膜装置の他、エッチング装置、クリーニング装置、検査装置が含まれる。   The application of the ceramic heater of the present invention is not particularly limited, but is preferably used for a semiconductor manufacturing apparatus. This semiconductor manufacturing apparatus means an apparatus used in a wide range of semiconductor manufacturing processes where there is a concern about metal contamination of semiconductors. This includes an etching apparatus, a cleaning apparatus, and an inspection apparatus in addition to the film forming apparatus.

各電力供給部材の形態は限定されず、ロッド形状、ワイヤー形状、ロッドとワイヤーとの複合体を例示できる。電力供給部材の材質も限定されない。これらは管状の支持部材によってチャンバー内雰囲気から隔離されており、腐食を受けにくいことから、その材質を金属とすることが好ましく、特にニッケルが好ましい。   The form of each power supply member is not limited, and examples thereof include a rod shape, a wire shape, and a composite of a rod and a wire. The material of the power supply member is not limited. Since these are isolated from the atmosphere in the chamber by a tubular support member and are not easily corroded, the material is preferably metal, and nickel is particularly preferable.

基体内には、高周波電極用エレメントや、静電チャック用エレメントも埋設することができる。   A high-frequency electrode element and an electrostatic chuck element can also be embedded in the substrate.

端子は、あらかじめ抵抗発熱体と電気的接続した後にセラミック基体に配設してもよい。また、基体に抵抗発熱体を配設したあとに、抵抗発熱体に端子を電気的接続してもよい。端子と抵抗発熱体との電気的接合は、ネジ、かしめ、嵌合、ロウ付け、溶接、共晶等が適用できる。   The terminal may be disposed on the ceramic substrate after being electrically connected to the resistance heating element in advance. Further, after the resistance heating element is disposed on the base, the terminal may be electrically connected to the resistance heating element. For electrical connection between the terminal and the resistance heating element, screws, caulking, fitting, brazing, welding, eutectic and the like can be applied.

セラミック基体外からの電力供給部材の材質は、金属が好ましく、特にニッケルが好ましい。端子部材と電力供給部材との電気的接続はネジ、かしめ、嵌合、ロウ付け、溶接、共晶等が適用できる。   The material of the power supply member from the outside of the ceramic substrate is preferably a metal, and particularly preferably nickel. For the electrical connection between the terminal member and the power supply member, screws, caulking, fitting, brazing, welding, eutectic and the like can be applied.

各抵抗発熱体の各配設ゾーンのレイアウトないしパターンは限定されない。例えば、複数のリング状のゾーンを同心円状に配設することができる。また、1つのリング状のゾーンを、図1、図2のゾーン3C、3D、3E、3Fのように、複数の円弧状ゾーンに分割することもできる。この際の円弧の開き角度も特に限定されない。   The layout or pattern of each arrangement zone of each resistance heating element is not limited. For example, a plurality of ring-shaped zones can be arranged concentrically. Further, one ring-shaped zone can be divided into a plurality of arc-shaped zones like the zones 3C, 3D, 3E, and 3F in FIGS. The opening angle of the arc at this time is not particularly limited.

(実施例1)
図1、図2に示すヒーター1Aを製造した。基体2は、窒化アルミニウム焼結体とし、基体の直径φは340mmとし、厚さは14mmとした。基体2の内部には、各ゾーンに合わせて適宜抵抗発熱体としてモリブデン線の巻回体を埋設した。各端子は、モリブデン製の円柱状端子とし、モリブデン線をかしめにより取り付けた。得られたセラミック基体を加工し、モリブデン端子の表面を露出させ、給電部材として、ニッケル円柱部品10をろう付けした。
支持部材11は、窒化アルミニウム焼結体によって形成した。支持部材11を基体2の背面2bに固相接合した。ニッケルロッドを支持部材11の内側空間12に挿入し、各部材10と電気的に接続した。
(Example 1)
A heater 1A shown in FIGS. 1 and 2 was produced. The substrate 2 was an aluminum nitride sintered body, the substrate had a diameter φ of 340 mm, and a thickness of 14 mm. Inside the substrate 2, a wound body of molybdenum wire was embedded as a resistance heating element in accordance with each zone. Each terminal was a molybdenum cylindrical terminal, and a molybdenum wire was attached by caulking. The obtained ceramic substrate was processed to expose the surface of the molybdenum terminal, and the nickel cylindrical component 10 was brazed as a power supply member.
The support member 11 was formed of an aluminum nitride sintered body. The support member 11 was solid-phase bonded to the back surface 2 b of the base 2. A nickel rod was inserted into the inner space 12 of the support member 11 and electrically connected to each member 10.

セラミック基体には、リフトピン穴用の貫通孔4を、基体2の中心から280mmの位置に、3個、等配に設けた。貫通孔径をφ4mmとした。熱電対用の穴は、各ゾーンごとに一個ごと設けた。各端子と各貫通孔側面との距離nは、図4に示すように8mm以上とした。そして、各端子の中心と各貫通孔の中心とを結ぶ直線16を横切るようにそれぞれ抵抗発熱体が配設してある。当該端子と各貫通孔の中心とを結ぶ直線を横切るよう配設される抵抗発熱体は、当該端子以外の端子に接続されている抵抗発熱体であるところもある。   In the ceramic base, three through holes 4 for lift pin holes were provided at equal intervals of 280 mm from the center of the base 2. The diameter of the through hole was 4 mm. One thermocouple hole was provided for each zone. The distance n between each terminal and each side surface of each through hole was 8 mm or more as shown in FIG. A resistance heating element is disposed so as to cross a straight line 16 connecting the center of each terminal and the center of each through hole. The resistance heating element disposed so as to cross the straight line connecting the terminal and the center of each through hole may be a resistance heating element connected to a terminal other than the terminal.

(実施例2)
実施例1と同様にして、図2に示すようなパターンのヒーター1Bを作製した。ただし、各ゾーンごとに、それぞれ2個の熱電対用の穴を設け、チャンバーへのヒーターの設置後に、各ゾーンごとに温度干渉の少ない最適の穴を選択し、熱電対を設置するようにした。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, a heater 1B having a pattern as shown in FIG. However, two thermocouple holes were provided for each zone, and after installing the heater in the chamber, the optimum hole with less temperature interference was selected for each zone, and a thermocouple was installed. .

(比較例1)
実施例1と同様にしてヒーターを作製した。ただし、図5に示すように、端子5Cと貫通孔4との距離nを7mmとし、直線16を抵抗発熱体が通過しないようにした。
(Comparative Example 1)
A heater was produced in the same manner as in Example 1. However, as shown in FIG. 5, the distance n between the terminal 5C and the through-hole 4 was set to 7 mm so that the resistance heating element did not pass through the straight line 16.

(比較例2)
実施例1と同様にしてヒーターを作製した。ただし、図4に示すように端子と貫通孔との間に抵抗発熱体を通すと共に、端子外周面と貫通孔4壁面との距離nを7mmとした。
(Comparative Example 2)
A heater was produced in the same manner as in Example 1. However, as shown in FIG. 4, the resistance heating element was passed between the terminal and the through hole, and the distance n between the terminal outer peripheral surface and the wall surface of the through hole 4 was 7 mm.

各ヒーターに給電し、熱電対用穴に配設した熱電対により温度を測定し、この温度を用いて電源をフィードバック制御した。これによって700℃に制御し、ヒータープレート面の温度分布(面内温度差ΔT)を確認した。また、200℃と700℃のヒートサイクル試験を実施し、ヒーター破損に至ったサイクル数を確認した。この結果を表1に示す。   Power was supplied to each heater, the temperature was measured with a thermocouple disposed in the thermocouple hole, and the power source was feedback controlled using this temperature. Thus, the temperature was controlled at 700 ° C., and the temperature distribution on the heater plate surface (in-plane temperature difference ΔT) was confirmed. Moreover, the heat cycle test of 200 degreeC and 700 degreeC was implemented, and the cycle number which resulted in heater failure was confirmed. The results are shown in Table 1.

Figure 2005166354
Figure 2005166354

本発明の実施例1、2においては、温度分布ΔTが小さく、100サイクル後まで破損が見られなかった。実施例2においては、更に温度分布ΔTを縮小させるような制御が可能となった。比較例1においては、100サイクル後まで破損が見られなかったが、温度分布ΔTが12℃まで増大した。これは端子および貫通孔の周辺にクールスポットが生じたからである。比較例2においては、温度分布が36℃に達し、また82サイクルで基体が破損した。これは、nを小さくしつつ、端子と貫通孔との間に抵抗発熱体を通したために、漏れ電流によってホットスポットが発生したからである。   In Examples 1 and 2 of the present invention, the temperature distribution ΔT was small, and no damage was observed until after 100 cycles. In the second embodiment, it is possible to perform control such that the temperature distribution ΔT is further reduced. In Comparative Example 1, no damage was observed until after 100 cycles, but the temperature distribution ΔT increased to 12 ° C. This is because a cool spot is generated around the terminal and the through hole. In Comparative Example 2, the temperature distribution reached 36 ° C., and the substrate was damaged after 82 cycles. This is because a hot spot is generated by a leakage current because a resistance heating element is passed between the terminal and the through hole while reducing n.

本発明の一実施形態に係るヒーター1Aにおいて、ゾーン3A〜3F、貫通孔4、および端子5A〜5Fの平面的パターンを示す図である。In heater 1A which concerns on one Embodiment of this invention, it is a figure which shows the planar pattern of zones 3A-3F, the through-hole 4, and the terminals 5A-5F. 本発明の一実施形態に係るヒーター1Bにおいて、ゾーン3A〜3F、貫通孔4、端子5A〜5F、および温度測定素子用の穴8の平面的パターンを示す図である。In heater 1B which concerns on one Embodiment of this invention, it is a figure which shows the planar pattern of the zones 3A-3F, the through-hole 4, the terminals 5A-5F, and the hole 8 for temperature measuring elements. ヒーター1A(1B)における抵抗発熱体、端子、支持部材11の位置関係を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the positional relationship of the resistance heating element, the terminal, and the supporting member 11 in heater 1A (1B). 本発明における貫通孔4、端子5Cおよび抵抗発熱体15の平面的位置関係を示す図である。It is a figure which shows the planar positional relationship of the through-hole 4, the terminal 5C, and the resistance heating element 15 in this invention. 比較例における貫通孔4および端子5Cの平面的位置関係を示す図である。It is a figure which shows the planar positional relationship of the through-hole 4 and the terminal 5C in a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1A、1B セラミックヒーター 2 セラミック基体 2a 加熱面 2b 背面 3A、3B、3C、3D、3E、3F ゾーン 4 貫通孔 4a 貫通孔4の中心 5A、5B、5C、5D、5E、5F 端子 5a 端子の中心 10 電力供給部材 11 支持部材 16 端子中心と貫通孔中心とを結ぶ直線 n 端子と貫通孔壁面との距離   1A, 1B Ceramic heater 2 Ceramic substrate 2a Heating surface 2b Back surface 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F Zone 4 Through hole 4a Center of through hole 4 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F Terminal 5a Terminal center DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power supply member 11 Support member 16 Straight line which connects terminal center and through-hole center n Distance between terminal and through-hole wall surface

Claims (6)

セラミックスからなり、加熱面を有し、3以上のゾーンに分画される基体、前記各ゾーンに対応して設置されている抵抗発熱体、および前記の各抵抗発熱体と電気的に接続されている端子を備えているセラミックヒーターであって、
前記基体に3個以上の貫通孔が形成されており、前記端子と前記貫通孔壁面との距離がいずれも8mm以上であり、前記抵抗発熱体が、前記端子の中心と前記貫通孔の中心とを結ぶ直線を横断していることを特徴とする、セラミックヒーター。
A substrate made of ceramics, having a heating surface, divided into three or more zones, a resistance heating element installed corresponding to each zone, and electrically connected to each of the resistance heating elements A ceramic heater equipped with a terminal,
Three or more through holes are formed in the base, the distance between the terminal and the wall surface of the through hole is 8 mm or more, and the resistance heating element includes a center of the terminal and a center of the through hole. A ceramic heater characterized by crossing a straight line connecting the two.
前記抵抗発熱体が前記基体に埋設されていることを特徴とする、請求項1記載のセラミックヒーター。   The ceramic heater according to claim 1, wherein the resistance heating element is embedded in the substrate. 前記基体が窒化アルミニウムからなることを特徴とする、請求項1または2記載のセラミックヒーター。   The ceramic heater according to claim 1 or 2, wherein the substrate is made of aluminum nitride. 前記抵抗発熱体が、タングステンまたはモリブデンを含む金属からなることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載のセラミックヒーター。   The ceramic heater according to any one of claims 1 to 3, wherein the resistance heating element is made of a metal containing tungsten or molybdenum. 前記基体の背面側に管状の支持部材が取り付けられており、前記端子が、前記支持部材の内側に配設されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載のセラミックヒーター。   The tubular support member is attached to the back side of the base, and the terminal is disposed on the inner side of the support member. The ceramic heater described. 前記各ゾーンに、それぞれ、温度測定素子の取り付け穴が2個以上設けられていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つの請求項に記載のセラミックヒーター。   The ceramic heater according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the zones is provided with two or more mounting holes for temperature measuring elements.
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